金属材料学第8章铸铁解读
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铸铁的基础知识
1、铸铁及其熔炼铸铁是指碳的质量分数大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。
工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁-碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。
铸铁的成分范围大致为ω（C）=2.4%～4.0%，ω（Si）=0.6%～3.0%，ω（Mn）=0. 2%～1.2%，ω（P）=0.04%～1.2%，ω（S）=0.04%～0.20%。
有时还可加入各种合金元素，以便获得能满足各种性能要求的合金铸铁。
铸铁是近代工业生产中应用最为广泛的一种铸造金属材料。
在机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输和国防工业等各部门中，铸铁件约占整个机器重量的45%～90%。
因此，掌握铸铁的基本理论和生产技术，对于发展铸造生产，充分发挥铸铁件在国民经济各部门中的作用，是很有意义的。
相图是分析合金金相组织的有力工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，因此铁-碳相图和铁-碳-硅三元合金相图是分析铸铁的成分与组织的关系以及组织形成过程的基础。
2、铸铁的基础知识——铁-碳相图——铁—碳相图分析由于铸铁中的碳可能以渗碳体（Fe3C）或石墨两种独立的形式存在，因而铁、碳相图存在着Fe-G（石墨）和Fe-Fe3C两套体系，即铁-石墨系和铁-渗碳体系。
从热力学观点看，石墨比渗碳体更稳定，因此，铁-石墨系也称为稳定系，而铁-渗碳体系称为亚稳定系。
图2. 1-1所示为铁碳合金双重相图，即Fe-G（石墨）稳定系相图和Fe-Fe3C亚稳定系相图，分别以虚线和实线表示。
表2.1-1为相图中临界点的温度及含碳量。
铁-碳相图中各临界点的温度及含碳量Fe-G（石墨）相图和Fe-Fe3C相图的主要不同处在于：1）稳定系的平衡共晶点C'的成分和温度与C点不同体（两相组成莱氏体）2）稳定平衡的共析点S，的成分和温度与S点不同在Fe-C相图中稳定系的共晶温度和共析温度都比亚稳定系的高一些。
材料知识铸铁ppt课件
球墨铸铁的化学成分通常不作为铸件验收的依 据，但有特殊要求时，应以图纸或客户要求为 准。化学成分的选取必须保证铸件材料满足本 标准所规定的力学性能和金相组织要求。
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27
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28
2.3.2力学性能及金相组织
单铸试棒的力学性能 铸件的力学性能
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29
单铸试棒的力学性能及金相组织
铸铁部分
铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。除碳以外，铸铁 还含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。同钢相比， 铸铁熔炼简便、成本低廉，虽然强度、塑性和韧性较 低，但是具有优良的铸造性能，很高的减磨和耐磨性， 良好的消震性能和切削加工性能以及缺口敏感性低等 一系列优点。
按铸铁中是否有石墨存在，把铸铁分成灰铸铁和白口 铸铁。按石墨形态的不同，可以分为（普通）灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。此外，按铸铁中是 否含有除常规元素以外的合金元素，还可把铸铁分成 普通铸铁与合金铸铁（亦称为特种性能铸铁）。
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23
2.1球墨铸铁所涉及的标准
GB/T1348-1988 球墨铸铁件 CAYJS-17-90 铁素体球墨铸铁铸件技术条件 Q/CAYJS-17-2008球墨铸铁件(2009.1.1)
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24
2.2球墨铸铁的牌号
铸件材料牌号通常是通过随件浇注的单铸试块，经加工 成试样后测定的力学性能而确定的。本标准针对汽车零 件的性能要求，按单铸试块的力学性能分为9个牌号 。
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30
2.3.2本体力学性能及金相组织
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31
2.3.2力学性能及金相组织
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32
2.3.2力学性能及金相组织
石墨主要以球状为主，通常石墨球化等级要符合 GB/T 9441中的1-4级,石墨大小5-8级。如有疲劳强 度等特殊要求的，球化率由供需双方商定。
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2.3.2力学性能及金相组织
单铸试棒的力学性能 铸件的力学性能
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单铸试棒的力学性能及金相组织
铸铁部分
铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。除碳以外，铸铁 还含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。同钢相比， 铸铁熔炼简便、成本低廉，虽然强度、塑性和韧性较 低，但是具有优良的铸造性能，很高的减磨和耐磨性， 良好的消震性能和切削加工性能以及缺口敏感性低等 一系列优点。
按铸铁中是否有石墨存在，把铸铁分成灰铸铁和白口 铸铁。按石墨形态的不同，可以分为（普通）灰铸铁、 球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。此外，按铸铁中是 否含有除常规元素以外的合金元素，还可把铸铁分成 普通铸铁与合金铸铁（亦称为特种性能铸铁）。
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2.1球墨铸铁所涉及的标准
GB/T1348-1988 球墨铸铁件 CAYJS-17-90 铁素体球墨铸铁铸件技术条件 Q/CAYJS-17-2008球墨铸铁件(2009.1.1)
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2.2球墨铸铁的牌号
铸件材料牌号通常是通过随件浇注的单铸试块，经加工 成试样后测定的力学性能而确定的。本标准针对汽车零 件的性能要求，按单铸试块的力学性能分为9个牌号 。
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2.3.2本体力学性能及金相组织
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2.3.2力学性能及金相组织
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2.3.2力学性能及金相组织
石墨主要以球状为主，通常石墨球化等级要符合 GB/T 9441中的1-4级,石墨大小5-8级。如有疲劳强 度等特殊要求的，球化率由供需双方商定。
8第八章-铸铁ppt课件(全)
QT600-3
蠕墨 蠕 铸铁 虫
状
P
F
RuT + 一组数字
数字表示最低抗拉强度值, MPa。
F+P “RuT”表示蠕墨铸铁代号
P
QT700-2 RuT260 RuT300 RuT420
第二节 常用铸铁
一、灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。
1、组织 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过
比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。 球墨铸铁
可进行各 种热处理, 如退火、正 火、淬火加 回火、等温 淬火等。
3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变石
墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： ① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火 ③ 表面淬火
3、用途 制造承受压力和震动的零件,
如机床床身、各种箱体、壳 体、泵体、缸体。
台车式石墨化退火炉
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造
性能变差。 ⑵ 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶
将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进 行, 不利于石墨化.
球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。
第8章 铸铁
HT成分接近共晶点，铁水流动性好，可铸造
出形状复杂的零件；且不易形成缩孔，能获得 较致密的铸件。
58
（4）良好的减震性和减摩性
HT内部存在大量片状G，割裂基体，破坏基体 连续性，阻止振动传播，并能转化为热能而发散， 具有很好的减振性。常用于机床底座，效果很好。 G本身是良好的润滑剂；G被磨掉处形成大量的
3839一片状g的生长方式内在和外在因素二球状g的生长过程7240一片状g的生长方式内在和外在因素41一片状g的生长方式内在和外在因素42g晶体结构43片状g生长示意图立体花朵状4445若g片向两侧增厚需要c从铁水中先扩散到a层然后扩散到g周围再结合到g两侧面上
1
第7章 铸铁
铸铁具有优良的工艺性能和使用性能，生产工艺
44
一、片状石墨的生长方式
若G片向两侧增厚，需要C从铁水中先扩散 到A层，然后扩散到G周围，再结合到G两侧 面上；同时Fe反向扩散，而这些扩散过程都 是较困难的，故G片侧向增厚速度较慢。
相反，G片的端部与铁水直接接触，C的扩
散和Fe的逆向扩散较易进行，故G片端部生 长速度较快。
45
G片的生长过程呈方向性： 向厚度方向生长慢， 沿平面方向生长快， 最后生长为片状。
冷却速度
29
C、Si
C和Si是基本成分，↑↑G化。调整C、Si含 量是控制铸铁组织最基本的措施之一。 G来源于C。C↑、G化↑。 Si↑G化的作用≈1/3C。
30
P
①↑G化，≈1/3C作用；
② >0.2%P后，出现硬脆Fe3P共晶， ③共晶呈孤立、细小、均匀分布时，可↑ 耐磨性。 ④若粗大连续网状分布，↓强度，↑脆性。 ⑤除耐磨铸铁中可达0.5~1.0%外， 普通铸铁中作为杂质， 通常HT中P含量控制在＜0.2%。
出形状复杂的零件；且不易形成缩孔，能获得 较致密的铸件。
58
（4）良好的减震性和减摩性
HT内部存在大量片状G，割裂基体，破坏基体 连续性，阻止振动传播，并能转化为热能而发散， 具有很好的减振性。常用于机床底座，效果很好。 G本身是良好的润滑剂；G被磨掉处形成大量的
3839一片状g的生长方式内在和外在因素二球状g的生长过程7240一片状g的生长方式内在和外在因素41一片状g的生长方式内在和外在因素42g晶体结构43片状g生长示意图立体花朵状4445若g片向两侧增厚需要c从铁水中先扩散到a层然后扩散到g周围再结合到g两侧面上
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第7章 铸铁
铸铁具有优良的工艺性能和使用性能，生产工艺
44
一、片状石墨的生长方式
若G片向两侧增厚，需要C从铁水中先扩散 到A层，然后扩散到G周围，再结合到G两侧 面上；同时Fe反向扩散，而这些扩散过程都 是较困难的，故G片侧向增厚速度较慢。
相反，G片的端部与铁水直接接触，C的扩
散和Fe的逆向扩散较易进行，故G片端部生 长速度较快。
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G片的生长过程呈方向性： 向厚度方向生长慢， 沿平面方向生长快， 最后生长为片状。
冷却速度
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C、Si
C和Si是基本成分，↑↑G化。调整C、Si含 量是控制铸铁组织最基本的措施之一。 G来源于C。C↑、G化↑。 Si↑G化的作用≈1/3C。
30
P
①↑G化，≈1/3C作用；
② >0.2%P后，出现硬脆Fe3P共晶， ③共晶呈孤立、细小、均匀分布时，可↑ 耐磨性。 ④若粗大连续网状分布，↓强度，↑脆性。 ⑤除耐磨铸铁中可达0.5~1.0%外， 普通铸铁中作为杂质， 通常HT中P含量控制在＜0.2%。
工程材料及机械制造基础 第八章铸铁
第二阶段 石墨化
铸铁的显微组织
铸铁类型
完全进行 F+C 部分进行 F+P+C 未进行 P+C 灰口铸铁
部分进行 未进行
ILMTAM
未进行 未进行
Ld’+P+C Ld’
麻口铸铁 白口铸铁
14 14
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
碳、硅含量对铸铁石墨化的影 响
麻口 铸 铁
C 白口铸铁
灰口铸铁
Si
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
15 15
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。
P’
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
13 13
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
（以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度
第一阶段 石墨化
完全进行
二次结晶（1154℃→738℃）
共析石墨化
台车式石墨化退火炉
三次结晶（ 738 ℃→室温）
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
金属材料与热处理 模块八 课题二 灰口铸铁
思与练习
1.灰铸铁与钢相比，其组织和性能有何特点？经过孕育处理后的灰铸铁性能有何 变化？ 2.灰铸铁有哪些优越性？ 3.生产中是采用什么方法来改善灰铸铁的力学性能的？ 4.试分析制造齿轮箱所采用的材料和热处理方法 5.在机械加工车间加工一批灰铸铁件时，发现在铸件的薄壁处加工不动。试分析 其原因，并提出解决办法。 6．解释灰铸铁牌号HT250的含义。
HT200 或HT250这种灰铸铁材料强度较高，刚度很好，不易产生形变，这是 高精度机床最主要的性能要求；笨重的铸铁材料及其高含量的石墨可以起到减震 的作用。另外，超大尺寸和复杂外形的零件，选择灰铸铁制造，造价低，加工更 容易。由于床身尺寸大、形状复杂，在冷却过程中会产生较大的内应力。为防止 铸件变形或开裂，应采用去应力退火的热处理方法消除其内应力。
机车床床身
案例分析
•由于床身用于支撑机床上的全部零件，主要承受较大的压应力。 机床在工作时转速很高，产生震动，所以要求床身应具有足够的强 度、刚度（不易变形，提高加工精度）和良好的减震性。另外，床 身的尺寸较大，形状复杂，还要求加工容易，造价低等。选择什么 材料能满足其要求呢？
必备知识
灰铸铁通常是指断口呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。在 铸铁的总生产量中，灰铸铁件占８０％以上。 一、灰口铸铁的成分和组织
因为化学成分将影响铸铁的石墨化程度，所以灰铸铁的成分应在一定的范围内， 一般为：WC为2.7%～3.6% 、WSi为1.0%～2.2％、 WS<０.１5％、 Wp <０.3 ％。其中碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，硫是限制使用的 元素。
其组织是由钢的基体和在基体上分布的片状石墨组成。由于石墨化程度不同， 基体组织中的含碳量也不同；石墨化越充分，则基体中的含碳量也越低，这样便 形成了三种不同的基体组织的灰铸铁，即铁素体灰铸铁（Ｆ＋片状Ｇ）、珠光 体—铁素体灰铸铁（Ｐ＋Ｆ＋片状Ｇ）和珠光体灰铸铁（Ｐ＋片状Ｇ）。它们的 显微组织如图８—8所示。
第八章铸铁
QT800-2 球光体 800
机械性能
0.2 MPa
5 %
ak kJ/m
2
250 17 600
270 10 300
350 5 －
420 2 －
490 2 －
560 2 －
HB
≤179
≤207
147～ 241
2297～ 302
2297～ 302
2417～ 321
应用举例
汽车、拖拉机床底盘零 件；16-64大气压阀门的 阀体、阀盖
三、球墨铸铁的牌号
用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。
如: QT420-10、QT600-2、QT800-2
四、球墨铸铁的和机械性能
牌号
基体
b MPa
QT400-17 铁素体 400
QT420-1043; 球光体
500
QT600-2 球光体 600
QT700-2 球光体 700
叶轮
发动机飞轮
灰铸铁
三、灰铸铁的牌号
HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。
如：HT150，HT200，HT250
四、灰铸铁的热处理
热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分 布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和 平共处目的是：
1、消除内应力退火： 2、高温退火：消除白口组织 3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。
二、蠕墨铸铁的组织
蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨 片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。
§6-4 蠕墨铸铁
三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用
牌号： 蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。 如： RuT300、RuT420
铸铁基础知识
挠度：变形量
硅
硅是铸铁中常存五元素之一，能减少碳在液态和固态中的溶解 度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用是碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大。 在灰铸铁中硅的质量分数控制在1.1~2.7%的范围内，一般碳硅量 低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；当薄壁铸件出现白 口时可提高碳硅含量使之变灰；当壁厚铸件出现粗大石墨时，应适当 降低碳硅含量，达到提高机械强度和硬度的目的。 在球墨铸铁中，球化前硅的质量分数控制在1.0~2.0%的范围内， 这主要考虑在球化时球化孕育剂还要带入一部分硅量。通常球化后硅 的质量分数最终控制在1.8~3.3%，在此范围内，随着硅量的提高，铁 素体量增加并能细化石墨，提高球状石墨的圆整度。
铸铁的石墨
A型石墨
• A型石墨是在石墨的 成核能力较强，冷却速度 较慢，共晶转化在很小的 过冷度下进行时形成的。 由于晶核的数目较多，又 在很小的过冷度下结晶， 线生长速度低，所以石墨 分枝不很发达，故形成较 为均匀分布的片状石墨， 这是灰铸铁中最经常出现 的一种石墨分布状态。
一厂生产铸件石墨
B型石墨
一厂生产铸件石墨
F型石墨
• F型石墨是我国标准中所特有的，其特点是 在大块石墨（有的单位叫星型石墨）上分布着许 多小的石墨片（这些小石墨片呈A型分布），F型 石墨实质上亦是过共晶石墨，是高碳铁水在较大 过冷条件下生长的。大块石墨可以认为是相当于 C型中的初生石墨，小片状石墨在其上生长。 • 这种石墨在生产活塞环时经常出现，为了防止活 塞环组织出现白口，常采用高碳（如C＞3.8%） 铁水，由于壁薄，必须加强孕育过程，因此促进 了了F型石墨的生长。
铸铁基础知识讲义
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,除 碳外,铸铁还含有较多的Si、Mn和其它一些 杂质元素。与钢相比，铸铁熔炼简便、成 本低廉。虽然强度、塑性和韧性较低，但 具有优良的铸造性能，很高的耐磨性，良 好的消震性和切削加工性。
铸铁
而且铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法， 不能用锻造或轧制方法。
第１节概述
铸铁中碳元素按主要存在方式不同可分为：
一是白口铸铸铁（断口呈现白色），碳的主要 存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨； 另一是灰口铸铁（断口呈现黑灰色），碳的主 要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。
介于白口铸铁与灰口铸铁之间为麻口铸铁，其中 的碳既有游离石墨又有渗碳体
由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大， 而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些，所以普通铸铁 在一般铸造条件下只能得到白口铸铁，而不易获得灰 口铸铁。因此，必须通过添加合金元素和改善铸造工 艺等手段来促进铸铁石墨化，形成灰口铸铁。
1．化学成分的影响
碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中 碳、硅、磷是促进石墨化的元素，锰和硫是阻碍石墨 化的元素。
性有明显提高。
可锻铸铁不能用锻造方法制成零件，只是因 为石墨的形态改造为团絮状，不如灰口铸铁的 石墨片分割基体严重，因而强度与韧性比灰口 铸铁高。
可锻铸铁的机械性能介于灰口铸铁与球墨 铸铁之间，有较好的耐蚀性，但由于退火时间 长，生产效率极低，使用受到限制，故一般用 于制造形状复杂，承受冲击，并且壁厚<25mm 的铸件（如汽车、拖拉机的后桥壳、轮壳等）。 可锻铸铁亦适用于制造在潮湿空气、炉气和水 等介质中工作的零件，如管接头、阀门等。
二.铸铁的石墨化过程
按Fe-C相图铸铁液冷却过程中，碳溶解于铁素体外均 以石墨形成析出。石墨形成（或石墨化）分为如下两个阶 段： 第一阶段石墨化包括自低于液相线CD以下温度冷却自 液体中析出“一次石墨”，低于共晶线ECF（温度1154℃） 共晶成分（C点含4.26％C），液体转变为奥氏体与共晶石 墨组成的共晶组织；以及低于共晶温度ECF以下冷却沿ES线 从奥氏体中析出“二次石墨”。 第二阶段：略低于共析温度（738℃）的PSK线以下， 共析成分（S点，含0.68%C）奥氏体转变为由铁素体与石 墨组成的共析组织。理论上，在PSK温度以下冷却至室温， 还可能铁素体中析出三次石墨，因为数量极微，常忽略。
第１节概述
铸铁中碳元素按主要存在方式不同可分为：
一是白口铸铸铁（断口呈现白色），碳的主要 存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨； 另一是灰口铸铁（断口呈现黑灰色），碳的主 要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。
介于白口铸铁与灰口铸铁之间为麻口铸铁，其中 的碳既有游离石墨又有渗碳体
由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大， 而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些，所以普通铸铁 在一般铸造条件下只能得到白口铸铁，而不易获得灰 口铸铁。因此，必须通过添加合金元素和改善铸造工 艺等手段来促进铸铁石墨化，形成灰口铸铁。
1．化学成分的影响
碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中 碳、硅、磷是促进石墨化的元素，锰和硫是阻碍石墨 化的元素。
性有明显提高。
可锻铸铁不能用锻造方法制成零件，只是因 为石墨的形态改造为团絮状，不如灰口铸铁的 石墨片分割基体严重，因而强度与韧性比灰口 铸铁高。
可锻铸铁的机械性能介于灰口铸铁与球墨 铸铁之间，有较好的耐蚀性，但由于退火时间 长，生产效率极低，使用受到限制，故一般用 于制造形状复杂，承受冲击，并且壁厚<25mm 的铸件（如汽车、拖拉机的后桥壳、轮壳等）。 可锻铸铁亦适用于制造在潮湿空气、炉气和水 等介质中工作的零件，如管接头、阀门等。
二.铸铁的石墨化过程
按Fe-C相图铸铁液冷却过程中，碳溶解于铁素体外均 以石墨形成析出。石墨形成（或石墨化）分为如下两个阶 段： 第一阶段石墨化包括自低于液相线CD以下温度冷却自 液体中析出“一次石墨”，低于共晶线ECF（温度1154℃） 共晶成分（C点含4.26％C），液体转变为奥氏体与共晶石 墨组成的共晶组织；以及低于共晶温度ECF以下冷却沿ES线 从奥氏体中析出“二次石墨”。 第二阶段：略低于共析温度（738℃）的PSK线以下， 共析成分（S点，含0.68%C）奥氏体转变为由铁素体与石 墨组成的共析组织。理论上，在PSK温度以下冷却至室温， 还可能铁素体中析出三次石墨，因为数量极微，常忽略。
铸铁的结构原理及应用课件
表面处理
表面处理是对铸件表面进行加工，以提高其耐腐蚀性、耐磨 性和装饰性的过程。常见的表面处理方法有喷涂、电镀、热 喷涂等。
04
铸铁的应用
汽车工业中的应用
01
02
03
发动机缸体
铸铁具有良好的耐磨性和 耐高温性能，是发动机缸 体的理想材料。
底盘零件
铸铁制成的底盘零件，如 刹车盘和转向节，具有较 高的强度和稳定性。
铸铁的结构原理及应用课 件
• 铸铁的简介 • 铸铁的结构原理 • 铸铁的生产工艺 • 铸铁的应用 • 铸铁的发展趋势与未来展望
01
铸铁的简介
铸铁的定义与特性
定义
铸铁是一种由生铁经过高温熔炼 后得到的合金，其成分中含有硅 、锰、磷、硫等元素。
特性
铸铁具有优良的铸造性能、耐磨 性、耐腐蚀性和中等强度等特点 ，常用于制造各种铸件和机器部 件。
化工设备
铸铁可以用于制造反应釜、压力容 器等化工设备，具有较高的耐腐蚀 性能。
船舶制造
铸铁在船舶制造中用于制造船锚、 船桨等耐磨耐腐蚀部件。
05
铸铁的发展趋势与未来展望
新材料与新工艺的发展
高强度轻质材料
随着新材料技术的不断发展，铸铁行业正逐步向高强度轻质材料转型，以提高产 品的性能和降低成本。
新型铸造工艺
产生重要影响。
铸铁的相图与凝固过程
铸铁的相图是描述铸铁在不同温度和 成分下的相组成和相变过程的图谱， 是指导铸铁生产和应用的重要工具。
在凝固过程中，铸铁可能会发生收缩、 变形、裂纹等缺陷，因此需要采取相 应的措施来控制铸铁的凝固过程，以 保证铸件的质量。
铸铁的凝固过程是指铸铁从液态冷却 凝固成固态的过程，这个过程中铸铁 的相组成和组织结构会发生变化，对 铸铁的性能产生影响。
表面处理是对铸件表面进行加工，以提高其耐腐蚀性、耐磨 性和装饰性的过程。常见的表面处理方法有喷涂、电镀、热 喷涂等。
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铸铁的应用
汽车工业中的应用
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02
03
发动机缸体
铸铁具有良好的耐磨性和 耐高温性能，是发动机缸 体的理想材料。
底盘零件
铸铁制成的底盘零件，如 刹车盘和转向节，具有较 高的强度和稳定性。
铸铁的结构原理及应用课 件
• 铸铁的简介 • 铸铁的结构原理 • 铸铁的生产工艺 • 铸铁的应用 • 铸铁的发展趋势与未来展望
01
铸铁的简介
铸铁的定义与特性
定义
铸铁是一种由生铁经过高温熔炼 后得到的合金，其成分中含有硅 、锰、磷、硫等元素。
特性
铸铁具有优良的铸造性能、耐磨 性、耐腐蚀性和中等强度等特点 ，常用于制造各种铸件和机器部 件。
化工设备
铸铁可以用于制造反应釜、压力容 器等化工设备，具有较高的耐腐蚀 性能。
船舶制造
铸铁在船舶制造中用于制造船锚、 船桨等耐磨耐腐蚀部件。
05
铸铁的发展趋势与未来展望
新材料与新工艺的发展
高强度轻质材料
随着新材料技术的不断发展，铸铁行业正逐步向高强度轻质材料转型，以提高产 品的性能和降低成本。
新型铸造工艺
产生重要影响。
铸铁的相图与凝固过程
铸铁的相图是描述铸铁在不同温度和 成分下的相组成和相变过程的图谱， 是指导铸铁生产和应用的重要工具。
在凝固过程中，铸铁可能会发生收缩、 变形、裂纹等缺陷，因此需要采取相 应的措施来控制铸铁的凝固过程，以 保证铸件的质量。
铸铁的凝固过程是指铸铁从液态冷却 凝固成固态的过程，这个过程中铸铁 的相组成和组织结构会发生变化，对 铸铁的性能产生影响。
《铸铁基本知识讲座》PPT课件
进了石墨化； ✓ 在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，所以有：
碳当量CE=C%+1/3Si%
编辑版pS 是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化， 并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即 可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成低熔点(约 980℃)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量 在0.15%以下。
编辑版ppt
15
外因---冷却速度
• 在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高 温下长时间保温，均有利于石墨化。
• 在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁 厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石 墨化，反之亦然；
• 在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织， 使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。
编辑版ppt
11
影响石墨化的因素
影响铸铁石墨化的 因素可分为内因和 外因两个方面，内 因是化学成分，外 因是冷却速度。
编辑版ppt
12
内因---化学成分
分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。 1、 C、Si为强烈促进石墨化的元素。 ✓ 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨
越多； ✓ 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促
编辑版ppt
16
影响石墨化的因素
量 碳 7.0 硅 当 6.0
F+G
5.0
4.0 Fe3C Fe3C+P 10
P+G
P+F+G
20
30
40
50
铸件壁厚/mm
60 70
铸件壁厚(冷却速度）和化学成分对铸铁组织的影响
编辑版ppt
17
第2节 灰铸铁
• 1 灰铸铁的化学成分、组织和性能 • 2 灰铸铁的孕育处理 • 3 灰铸铁的牌号和应用 • 4 灰铸铁的热处理
碳当量CE=C%+1/3Si%
编辑版pS 是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化， 并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即 可生成FeS(或MnS)。FeS与铁形成低熔点(约 980℃)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的含量 在0.15%以下。
编辑版ppt
15
外因---冷却速度
• 在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高 温下长时间保温，均有利于石墨化。
• 在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁 厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石 墨化，反之亦然；
• 在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织， 使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。
编辑版ppt
11
影响石墨化的因素
影响铸铁石墨化的 因素可分为内因和 外因两个方面，内 因是化学成分，外 因是冷却速度。
编辑版ppt
12
内因---化学成分
分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。 1、 C、Si为强烈促进石墨化的元素。 ✓ 石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨
越多； ✓ 硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促
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16
影响石墨化的因素
量 碳 7.0 硅 当 6.0
F+G
5.0
4.0 Fe3C Fe3C+P 10
P+G
P+F+G
20
30
40
50
铸件壁厚/mm
60 70
铸件壁厚(冷却速度）和化学成分对铸铁组织的影响
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17
第2节 灰铸铁
• 1 灰铸铁的化学成分、组织和性能 • 2 灰铸铁的孕育处理 • 3 灰铸铁的牌号和应用 • 4 灰铸铁的热处理
《金属工艺学铸铁》课件
铸铁在高温下抵抗氧化的能力。
化学稳定性
铸铁在化学反应中保持稳定的能力。
04
铸铁的工艺性能
铸造性能
流动性
指液态金属充满铸型的能力，流 动性好的液态金属更容易形成完
整的铸件。
收缩性
指铸件在冷却过程中体积收缩的程 度，收缩过大可能导致铸件变形或 开裂。
热裂倾向性
指铸件在冷却过程中出现裂纹的倾 向，与铸件的结构、浇注温度等有 关。
3
节能减排技术
采用新型的熔炼技术和余热回收技术，降低铸铁 生产的能耗和减少废弃物排放，实现绿色铸造。
铸铁在未来的应用前景
汽车工业
01
随着新能源汽车的发展，铸铁在汽车工业中的应用将逐渐减少
，但仍会在部分传统汽车部件中继续使用。
建筑和工程领域
02
铸铁在建筑和工程领域中仍有一定的应用，特别是在需要承受
重载和复杂应力的场合。
《金属工艺学铸铁》 PPT课件
目录
• 铸铁的简介 • 铸铁的生产 • 铸铁的性能 • 铸铁的工艺性能 • 铸铁的未来发展
01
铸铁的简介
铸铁的定义
01
铸铁是一种通过铸造方法得到的 铁碳合金，其内部结构主要由石 墨和铁素体组成。
02
铸铁的熔炼温度较低，流动性好 ，易于铸造，是工业生产中常用 的金属材料之一。
铸铁的质量控制
化学成分控制
确保铸铁的化学成分符合标准 要求，以提高其性能和稳定性
。
球化率与石墨形态
控制球化率和石墨形态，使铸 铁具有良好的机械性能和耐腐 蚀性。
表面质量
控制铸件的表面质量，确保其 平整、光、无缺陷。尺寸精度控制铸件的尺寸精度，确保其 符合图纸要求，提高装配精度
和使用性能。
化学稳定性
铸铁在化学反应中保持稳定的能力。
04
铸铁的工艺性能
铸造性能
流动性
指液态金属充满铸型的能力，流 动性好的液态金属更容易形成完
整的铸件。
收缩性
指铸件在冷却过程中体积收缩的程 度，收缩过大可能导致铸件变形或 开裂。
热裂倾向性
指铸件在冷却过程中出现裂纹的倾 向，与铸件的结构、浇注温度等有 关。
3
节能减排技术
采用新型的熔炼技术和余热回收技术，降低铸铁 生产的能耗和减少废弃物排放，实现绿色铸造。
铸铁在未来的应用前景
汽车工业
01
随着新能源汽车的发展，铸铁在汽车工业中的应用将逐渐减少
，但仍会在部分传统汽车部件中继续使用。
建筑和工程领域
02
铸铁在建筑和工程领域中仍有一定的应用，特别是在需要承受
重载和复杂应力的场合。
《金属工艺学铸铁》 PPT课件
目录
• 铸铁的简介 • 铸铁的生产 • 铸铁的性能 • 铸铁的工艺性能 • 铸铁的未来发展
01
铸铁的简介
铸铁的定义
01
铸铁是一种通过铸造方法得到的 铁碳合金，其内部结构主要由石 墨和铁素体组成。
02
铸铁的熔炼温度较低，流动性好 ，易于铸造，是工业生产中常用 的金属材料之一。
铸铁的质量控制
化学成分控制
确保铸铁的化学成分符合标准 要求，以提高其性能和稳定性
。
球化率与石墨形态
控制球化率和石墨形态，使铸 铁具有良好的机械性能和耐腐 蚀性。
表面质量
控制铸件的表面质量，确保其 平整、光、无缺陷。尺寸精度控制铸件的尺寸精度，确保其 符合图纸要求，提高装配精度
和使用性能。
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石
灰铸铁
墨 片
的显微
的 三
维
组织
形 貌
铁 素 体 灰 铸 铁
铁
素
珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
2020/11/19
2020/11/19
球墨铸铁的显微组织
铁
素 体 球 墨 铸 铁
珠 光 体 球 墨 铸
铁
铁
素
体
球
加
墨
珠
铸
光
铁
体
中
球
的
墨
石
铸
墨
铁
球
蠕墨铸铁的显微组织
铁素20体20基/11体/19
2020/11/19
4.26
L+G
L+Fe3C
736℃
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度
第一阶段 第二阶段石
石墨化
墨化
铸铁的显微组织
完全进行
完全进行 部分进行
未进行
F+G F+P+G P+G
部分进行 未进行
2020/11/19
未进行 Le’+P+G 未进行 Le’
从动力学条件看，有利于渗碳体的形成
浓度差小 比较接近
3.原子扩散
有利于Fe3C长大
G长大，不但要C原子扩散集中，而 且Fe原子要从G生长前沿逆向扩散。
而Fe3C长大只要C扩散，Fe原子局部 移动即可。G长大较难。
2020/11/19
三、铸铁的石墨化过程 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为
石墨化。 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，
铸铁类型
灰铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
8.1.2.2影响铸态组织的因素 1.碳当量的影响
C Si
C和Si是基本成分，是↑↑G元素。石墨来源 于C。Si含量一般在0.8~3.5%之间，Si的加入使
Fe-G相图发生变化。
① 共晶点和共析点碳量随硅含量的↑而↓；
Si 作
② 使共晶和共析转变在一温度范围内进行；
叶轮
8.1.1铸铁的分类17
按石墨存在的形式及石墨形态分类 灰铸铁 C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色 球墨铸铁 C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在 蠕墨铸铁 C全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在 可锻铸铁 C全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性 白口铸铁 C全部或大部分以化合态的Fe3C形式存在，呈白亮色 麻口铸铁 灰口＋白口铁的混合组织
用
③ ↑共晶和共析温度。共析温度提高更
多，大约每↑1％ Si ，可使共析温度↑28℃；
图8.2γFe－Fe3C-Gr自由能与温度
铸铁结晶时，热力学条件对石墨化有利
2020/11/19
1.成分起伏
二、动力学条件
L 4.3%C
Fe3C（6.67%C）+ A G（100%C）+ A
2.结构起伏
L（或γ-Fe） Fe 、C并存
Fe3C （复杂斜方结构）
G （六角形层状结构）
2020/11/19
特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本 低，减振性能好
用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油 化工，交通运输等
2020/11/19
例如，机床
床身、内燃
内
机的汽缸体、
燃 机
缸套、活塞
汽 缸
环及轴瓦、
曲轴等都可
用铸铁制造。
铸铁曲轴
2020/11/19
启 动 阀
箱体
进 气 管
2020/11/19
KTH30006 KTB35 -04
KTZ45006
8.1.2 铸铁的石墨化及影响因素 8.1.2.1 铸铁石墨化过程
按Fe-Fe3C 相图结晶， 得到白口铸 铁
按Fe－G相 图结晶的为 灰口铸铁
4.26
L+G
L+Fe3C
736℃
2020/11/19
图 8.1实线为Fe－Fe3C相图，虚线为Fe－Gr相图
珠光体基体 蠕墨铸铁中的石墨
可锻铸铁的显微组织
珠光体可锻铸铁
黑心可锻铸铁
2020/11/19
可锻铸铁的石墨化退火
共晶白口铸铁
2020/11/19
铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号实例
灰
铸片 铁状
F F+P P
HT + 一组数字
HT100
数字表示最低抗拉强度值，单位
MPa。
HT150
“HT”表示灰铸铁代号。
HT200
球 墨球
铸状 铁
2020/11/19
F F+P P
QT + 两组数字
QT400-
第一组数字表示最低抗拉强 15
度值，MPa；
QT600-
第二组数字表示最低延伸率值，3
%。 “QT”表示 球墨铸铁代号
QT7002
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
第八章 铸铁 cast iron
8.1概述 8.2普通灰铸铁 8.3球墨铸铁 8.4蠕墨铸铁 8.5可锻铸铁 8.6合金铸铁
2020/11/19
8.1 概述
铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、
锰、硫பைடு நூலகம்磷等元素的多元铁基合金。
化学成分：C：2.5-4.0％ Si：1.0-3.0％
2020/11/19
工业 铸铁 的成 分范 围与 组织
Si/Mg/Ce
中速冷却
缓冷
工业铸铁的成分范围
快冷 中速冷却 缓冷
中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁
石墨化退火
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
2020/11/19
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
一、热力学条件
1.当液态合金温度>1154℃时，
液体金属自由能FL最低，
自
不发生任何相变
由
2. 1148 ℃ <液体合金<1154 ℃ ， 能
只能发生L→γ＋G
F
3. 液态合金的温度<1148 ℃ ,
虽然能形成莱氏体，但由于
液态金属与奥氏体＋石墨的
自有能差更大，有利于生成γ＋G
L γ+Fe3C
γ+G 1148 ℃1154 ℃ 温度T
也可以由渗碳体加热时分解得到。
2020/11/19
石墨化分两个阶段：
在P’S’K’线以上发生的石墨 化称为第一阶段石墨化。发 生在P′S′K′线以下的G化 为第二阶段，
第一阶段石墨化包括结晶时 一次石墨、二次石墨、共晶 石墨的析出和加热时一次渗 碳体、二次渗碳体及共晶渗 碳体的分解.
第二阶段石墨化包括共析转 变石墨和共析渗碳体的分解。
编号方法
牌号实例
蠕蠕 墨虫 铸 铁状
可 团
锻絮 铸状 铁2020/11/19
F F+P P
F 表F 心P P
RuT + 一组数字
RuT260
数字表示最低抗拉强度值,
MPa。
RuT300
“ RuT”表示蠕墨铸铁代 RuT420 号
KTH + 两组数字 KTB + 两组数字
KTZ + 两组数字
KTH、KTB、 KTZ分别为黑心、 白心、珠光体可锻 铸铁代号；第一组 数字表示最低抗拉 强度值，MPa；第 二组数字表示最低 延伸率值，%